CN110730915A

CN110730915A - 具有电偶极子源和用于正侧位成像的磁传感器的测井工具

Info

Publication number: CN110730915A
Application number: CN201880024409.3A
Authority: CN
Inventors: T·荻原
Original assignee: Saudi Arabian Oil Co
Current assignee: Saudi Arabian Oil Co; Aramco Services Co
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2020-01-24
Also published as: US20180292560A1; US10557961B2; CA3058916A1; WO2018191246A1; EP3610304A1

Abstract

一种用于对地下地层(14)的正侧位部分成像的测井方法和系统。电偶极子源(28、34)产生地层(14)中的电磁场(172，180)，利用与电偶极子源(28、34)间隔开的磁通量传感器(40、46)对其进行感测。所得电偶极子(I_X、I_Z)可为轴向或横向，并且磁通量传感器(40、48)可感测轴向或正交取向的磁场(172、180)。轴向和横向电偶极子源(28、34)可并置，并且感测轴向或正交磁场的磁通量传感器(40、46)可并置。分析磁通量传感器(40、46)感测的信号的幅值变化可指示在电偶极子源(28、34)前方和侧部是否存在地层界面(52)及其距离。

Description

具有电偶极子源和用于正侧位成像的磁传感器的测井工具

技术领域

本公开涉及对位于成像装置正侧位的岩层进行成像。更具体地说，本公开涉及一种具有电偶极子源和磁传感器的测井工具，该磁传感器对该工具正侧位的地层进行成像。

背景技术

电阻率测量是一种典型的地下地层评估程序，在该程序中，测量井眼附近的电阻率的日志。地层电阻率是任何被困在地下地层中的流体的函数。因此，通常测量电阻率以确定地层中存在水和/或碳氢化合物的位置。地下地层电阻率的变化可为突然的，并限定了地层界面。可用电缆工具或随钻测井(LWD)工具测量电阻率。使用电流(DC)电阻率装置测量电阻率通常涉及在地层中形成电位和测量装置的电压测量电极之间的电压。在感应测量装置中，磁通量/磁场由发送器中的电流在地层中感应；它在与发送器轴向隔开的工具的接收器中感应测量的电压。在LWD操作期间，需要“预测未来(look ahead)”，以避免钻穿地层界面或断层，以及避免任何地下地质灾害。

由于感应日志的同相响应与地层电导率近似成比例，因此感应式测井工具已被用于测量地层电阻率。一般情况下，同相响应比异相感应响应弱得多，因此使用反接线圈抑制异相信号。用于LWD和地质导向操作的传播工具，通过一对接收器之间的相位差和响应衰减来测量地层电阻率。在地质导向操作中，电阻率测量有时被用来探测地层界面并帮助估计到地层界面的距离。通常，在地质导向操作中，首要考虑的问题是识别地层界面而不是获得电阻率测量值。利用感应式工具中较强的异相响应或LWD传播工具中单一接收器的响应，可以更容易地检测和估计地层界面。例如，一对正交的轴向发送器和横向接收器之间的交叉分量响应可检测工具周围的地层界面。然而，一旦距离大约超过发送器-接收器偏移的长度，则对主响应中的床层的距离的灵敏度减小。

发明内容

本文描述的是在钻孔中操作的方法的示例，包括：通过在包围钻孔的地层中形成磁场产生电偶极子；利用钻孔中的沿轴向与电偶极子间隔开的位置的线圈感测通过电偶极子产生的磁通量；以及基于感测磁通量的步骤识别地层中的地层界面与电偶极子相距的距离和方向。在一个示例中，地层界面在钻孔的轴向上与电偶极子间隔开，或者替代性地，地层界面在钻孔的径向上与电偶极子间隔开。在实施例中，电偶极子取向为沿着基本垂直于钻孔的轴的路径，并且其中，测量的磁通量方向沿着取向为基本平行于钻孔的轴的路径延伸。在一个示例中，电偶极子取向为沿着基本平行于钻孔的轴的路径，并且其中，测量的磁通量方向沿着取向为与钻孔的轴和电偶极子基本正交的路径延伸。在替代形式中，电偶极子取向为沿着基本垂直于钻孔的轴的路径，并且其中，测量的磁通量方向沿着取向为与钻孔的轴和电偶极子基本正交的路径延伸。可选地，所述方法还包括：在沿着取向为与基本正交钻孔的轴的路径延伸的方向上测量磁通量，或者替代性地，所述方法还包括：产生取向为沿着基本平行于钻孔的轴的路径的电偶极子。存在其中测量的磁通量提供沿着基本平行于钻孔的轴的路径与电偶极子间隔开的地层界面的指示的实施例。测量的磁通量可选地对沿着基本垂直于钻孔的轴的路径与电偶极子间隔开的地层界面提供指示。在另一示例中，测量的磁通量对沿着基本垂直于钻孔的轴的路径与电偶极子间隔开的地层界面提供指示。

本文还示出了钻孔中操作方法的示例，包括：通过在钻孔中产生电偶极子，在包围钻孔的地层中产生磁场；测量钻孔中与电偶极子轴向间隔开的位置的磁通量；以及基于测量磁通量的步骤识别地层中的地层界面。在替代形式中，电偶极子沿着基本垂直于钻孔的轴的路径延伸，其中测量的磁通线沿着选自基本平行于钻孔的轴和与钻孔的轴基本正交的路径延伸。在一个示例中，电偶极子沿着基本平行于钻孔的轴的路径延伸，并且其中被测量的磁通线沿着与钻孔的轴正交的路径延伸，其中，电偶极子形成在具有钻头的钻柱中，所述方法还包括将钻头转向离开地层界面。

本文还描述了用于钻孔中的工具的示例，其包括：用于形成在包围钻孔的地层中产生磁场的电偶极子的装置，该装置耦接至壳体；用于感测电偶极子产生的磁通量的装置；可置于钻孔中的壳体，钻孔耦接至用于形成电偶极子的装置和耦接至用于感测磁通量的装置；以及在沿轴向和径向与壳体间隔开的方向上识别地层中是否存在地层界面的装置。可选地，用于形成电偶极子的装置包括：产生垂直于壳体的轴呈现的偶极子的横向布置的电极，并且其中用于感测电偶极子产生的磁通量的装置具有同与壳体的轴正交地延伸的路径基本同轴的绕组。在一个替代形式中，用于形成电偶极子的装置是产生垂直于壳体的轴呈现的偶极子的横向布置的电极，并且其中用于感测电偶极子产生的磁通量的装置包括与壳体的轴基本同轴的绕组。在替代形式中，用于形成电偶极子的装置由产生基本平行于壳体的轴呈现的偶极子的轴向间隔开的环形电极构成，并且其中用于感测电偶极子产生的磁通量的装置包括同与壳体的轴正交延伸的路径基本同轴的绕组。在一个实施例中，用于形成电偶极子的装置包括产生垂直于壳体的轴呈现的偶极子的横向布置的电极，并且其中用于感测电偶极子产生的磁通量的装置包括同与壳体的轴正交地延伸的路径基本同轴的绕组以及与壳体的轴基本同轴的绕组。在一个替代形式中，用于形成电偶极子的装置具有产生垂直于壳体的轴呈现的偶极子的横向布置的电极以及产生基本平行于壳体的轴呈现的偶极子的轴间隔开的环形电极，并且其中用于感测电偶极子产生的磁通量的装置由同与壳体的轴正交地延伸的路径基本同轴的绕组构成。

附图说明

已经陈述了本发明的一些特征和优点，当结合附图进行描述时，其他特征和优点将变得明显，其中：

图1是在地层中形成井眼的钻井系统和用于对地层成像的测井工具的示例的剖视图；

图2A是横向电偶极子源的示例的侧视局部剖视透视图；

图2B是轴向电偶极子源的示例的侧视局部剖视透视图；

图2C是正交磁传感器的示例的侧视局部剖视透视图；

图2D是轴向磁传感器的示例的侧视局部剖视透视图；

图3A是图1的测井工具的一部分的另一实施例的侧视局部剖视图，并且具有横向电偶极子源和正交磁传感器；

图3B是图1的测井工具的一部分的另一实施例的侧视局部剖视图，并且具有横向电偶极子源和轴向磁传感器；

图3C是图1的测井工具的一部分的另一实施例的侧视局部剖视图，并且具有轴向电偶极子源和正交磁传感器；

图3D是图1的测井工具的一部分的另一实施例的侧视局部剖视图，并且具有轴向电偶极子源和配有轴向磁传感器的正交磁传感器；

图3E是图1的测井工具的一部分的另一实施例的侧视局部剖视图，并且具有配有横向电偶极子源的轴向电偶极子源和正交磁传感器；

图4是遇到地层界面的图1的钻井系统和测井工具的示例的剖视图；

图5A-图5C是由已知和当前公开的换能器配置的信号偏差值与距离形成的曲线图；

图6A和图6B是由不同间距的传感器和发送器的信号偏差值与距离形成的曲线图；

图7A和图7B是由不同间距的传感器和发送器的信号偏差值与距离形成的曲线图；

图8A、图9A和图10A是对均质地层成像的井下工具的示例的局部剖视图；

图8B、图9B和图10B是分别接近地层变化的图8A、图9A和图10A中工具的示例的剖视图；

尽管将结合优选实施例来描述本发明，但将理解，本发明并不旨在限于该实施例。相反，本发明旨在涵盖权利要求限定的本发明的精神和范围内可包括的所有替代、修改和等同物。

具体实施方式

下面将参照示出实施例的附图更全面地描述本公开的方法和系统。本公开的方法和系统可以有多种不同的形式，并且不应被解释为限于本文所述的示出的实施例；相反，提供这些实施例以使得本公开是彻底和完整的，并将其范围充分传达给本领域技术人员。相同标号始终指代相同元件。在一个实施例中，术语“大约”、“基本”和“一般”的用法包括所涉及幅值的+/-5％。

应该进一步理解，本公开的范围不限于所示和描述的配置、操作、确切材料或实施例的确切细节，因为修改和等同物对本领域技术人员来说是显而易见的。在附图和说明书中，已经公开了说明性实施例，尽管使用了特定术语，但它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是用于限制目的。

图1中的侧视局部剖视图所示的是穿过地层14形成井眼12的钻井系统10的示例。钻井系统10包括示为位于钻柱18的下端的钻头16，其中成像工具20示为设于钻柱18中。成像工具20包括示为在壳体26中的换能器22、24。如下文更详细描述的，换能器22、24之一在地层14中产生电磁场形式的信号，并且由换能器22、24中的另一个感测。此外，电磁场的变化指示地层14中的特征，诸如到邻近地层或地下结构的边界。存在这样的例子，其中换能器22、24中的一个或多个包括用于感测信号的传感器、用于发送信号的发送器或二者。在一个实施例中，传感器包括接收器。在替代形式中，换能器22、24中的一个包括发送器，而换能器22、24中的另一个包括传感器。

图2A至图2D示出了图1的换能器22、24的可选示例。在图2A的示例中，示出了通过电源29供电的横向电换能器28的一个实施例。在该示例中，将电源29描述为交流电源。图1的换能器28的实施例包括彼此间隔开180度并且位于壳体26的外表面上的电极30、31。电换能器28的其它示例包括环形线圈(未示出)。如图所示，电极30、31与包围钻孔12的地层14电耦接。在一个实施例中，沿着环形电极30、31的外表面选择性地绝缘。线32、33在电极30、31与电源29之间提供电通信。通过给具有相反极性的电极30、31通电，沿着电极30、31之间延伸的路径产生电偶极子I_X。电换能器28的示例包括任何可产生电偶极子I_X的东西，包括上述环形线圈。在所示示例中，电偶极子I_X的取向基本上垂直于壳体26的轴A_Z。电极30、31的另一实施例用于产生电偶极子I_X。通常，壳体26的轴A_Z将基本平行于井眼12的轴A_B(图1)。图2A中进一步示出了具有轴X、Y、Z的笛卡尔坐标系。当电极30、31通过电源29施加电而被激励时，在钻孔12和地层14内产生电磁场(未示出)，其具有位于YZ平面中的线。感测到的场中断是如何识别地层14中的不连续性的一个示例。

图2B所示的是产生电磁场的装置的替代示例，并且其被称作轴向电换能器34。电源35向轴向电换能器34选择性地供电，以在地层14中产生电磁场，并且电源35可提供交流电。在轴向电换能器34中还包括环形电极36、37，示为彼此轴向分离并且与壳体26的外表面外接。图2B所示的是侧剖视图，仅示出了一部分环形电极36、37，然而，环形电极36、37基本上绕整个壳体26延伸。此外，可以沿着环形电极36、37的外表面选择性地绝缘。在此示例中，示出电偶极子I_C形成于壳体26内并沿与壳体26的轴A_Z基本平行或共轴的路径延伸。在本示例中，在外接轴A_Z的地层14中形成电磁场。另外，线38、39在电源35与电极36、37之间提供选择性通信。

图2C以侧视局部剖视图示出了横向磁传感器40的示例，其中绕组42、44安装在壳体26的外表面上。在本示例中，绕组42、44的策略性取向为沿图2C所示的XYZ坐标系的轴Y基本同轴。绕组42、44的取向使得通过监测通过绕组42、44感应的电压来测量磁通量B_Y。可选地，在壳体26的外表面上设置凹槽(未示出)以容纳绕组42、44。、

图2D的侧剖视图所示的是轴向磁传感器46的示例，其中绕组48沿着壳体26的外表面沿周向形成。选择性的凹槽49沿着壳体26的外表面设置，以容纳绕组48。在该示例中，绕组48可感测存在磁通量B_Z，其被表示为沿着壳体26的轴B_Z和图2D所示的坐标系的Z分量延伸。

图3A示出了布置在井眼12中的成像工具20A的另一个示例，其中电偶极子源包括横向电换能器28A及其电极30A、31A，并示出形成电偶极子I_X。此外，在该示例中，示出了横向磁传感器40A的一个实施例，该横向磁传感器40A与电偶极子I_X正交、与壳体26A耦接，并且布置为与横向电换能器28A相距距离L_A。如下将更详细地描述，图3A的成像工具20A的配置有利于成像沿壳体26A的轴A_Z间隔开的部分地层14中的地层14的特征和变化。

图3B所示为成像工具20B的另一实施例，其中电偶极子源是具有电极30B、31B的横向电换能器28B，其产生基本垂直于壳体26B的轴A_Z的电偶极子I_X。此外，在本示例中，感测单元是轴向磁传感器46B的一个示例，其绕组48B位于壳体26B的外表面上，并且对磁通量B_Z敏感。在该示例中，轴向磁传感器46B与横向电换能器28B(即，横向电偶极子源)间隔开距离L_B。在图3B的配置中，可检测出从轴A_Z径向向外呈现的地层14的特征。

图3C所示为成像工具20C的另一示例，其中电偶极子源是轴向电换能器34C的实施例，其电极环36C、37C形成沿着大致平行于壳体26C的轴A_Z的方向呈现(project)的偶极子I_Z。在图3C的成像工具20C的实施例中，感测装置是横向磁传感器40C，其环42C、44C同与轴A_Z正交的线同轴，轴A_Z通常与图2A-2D的坐标系的轴Y一致，因此对Y方向的磁场敏感，并感测磁通量B_Y。这里，轴向电换能器34C与横向磁传感器40C间隔开距离L_C。

在图3D的侧视局部剖视图中示出的是成像工具20D的另一替代示例，其中源是带有电极30D、31D的横向电换能器28D，并且垂直于壳体26D的轴A_Z。图3D中所示的感测单元是一对并置传感器，包括横向磁传感器40D和轴向磁传感器46D。在非限制性示例中，术语并置描述了在成像工具上大致相同的位置的传感器或信号源。在图3D的示例中，组合示出了图3A和3B的传感器的实施例。如图所示，横向磁传感器40D和轴向磁传感器46D与横向电换能器28D间隔开距离L_D。

在图3E的示例中，以侧视局部剖视图示出了成像工具20E的另一实施例，其中偶极子源并置。更具体地说，偶极子源示为横向电换能器28E的示例，其电极30E、31E在壳体26E上被布置在基本相同的轴向位置，但在壳体26E的外表面上彼此沿周向远离。在这里，对电极30E、31E通电，沿X轴形成电偶极子I_X。另一偶极子源与电极30E、31E并置，该另一偶极子源是具有电极环36E、37E的轴向电换能器34E，通过向环36E、37E通电，沿Z轴产生偶极子I_Z。图3E的成像工具20E的传感器包括横向磁传感器40E的一个示例，其线圈或绕组42E、44E沿着Y轴，并感测磁场B_Y。并置电偶极子源和磁传感器示为彼此间隔开距离L_E。

图4示出了钻井系统10的延伸井眼12的另一示例，其中成像工具20正在接近具有不同于地层14的特征的地层50。不同特征的示例包括磁导率、介电常数和电阻率等。地层14、50之间的界面限定了地层界面52，其示为沿着井眼12的轴A_B与换能器24相距距离D1。另外，换能器24示为沿着相对于井眼12轴向延伸的轴与地层界面52相距距离D2。在非限制性操作示例中，换能器24由图2A和图2B的一个或多个偶极子源组成，换能器22由图2C和2D中的一个或多个传感器组成。通过对图2A、2B和图3A至图3E的偶极子源选择性通电，然后感测在地层14中产生的磁场，可识别地层界面52相对于成像工具20的位置，并且估计距离D1、D2。因此，在掌握该信息的情况下，钻井系统的操作员可以采取行动避开地层界面52。可选地，可以访问成像信息以有目的地使地层界面52与钻井系统10相交。

图4中还示出了通过通信装置54与图3A至图3E和图2C、图2D的感测单元通信的控制器53的示例。这样，在控制器53的处理单元中处理传感器获得的读数，并且计算关于地层界面52的信息。可在控制器53上安装用于执行这些功能的软件，或者通过具有可读介质的另一源提供所述软件。存在如下示例，其中控制器53还与电源29、35(图2A和图2B)中的一个或多个通信，以便可以对选择性偶极子源通电。控制器53可以任选地布置在工具20内。替代示例是，将数据存储在布置在工具20中的存储器(未示出)中，并在从井眼12中移除工具20后检索数据。

参照图5A，示出了曲线图55的示例，其横坐标56表示从偶极子源至地层界面52的距离与偶极子源与成像工具20上的传感器之间的长度的比率。曲线图55的纵坐标58表示通过传感器感测到的磁通量响应的幅值的检测到的改变。利用以下关系产生曲线图55：E_i(D)＝E_i ⁰(1+δ_i(D))，其中，对于i＝‘coaxial’和‘共面(coplanar)’测量，E_i ⁰是电导率σ在均质地层中感测到的响应，并且δ_i(D)是接近边界的指示符。类似地，横向磁通量标为：B_i(D)＝B_i ⁰(1+δ_magnetic(D))，其中B_i ⁰是均质地层中的磁通量响应，并且δ_magnetic(D)是接近边界的指示符。这里，线60表示针对成像工具获得的预言性数据，所述成像工具具有产生垂直于工具或钻孔的轴的电偶极子的偶极子源和具有在与工具的轴以及横向电偶极子源正交的方向上感测磁场的绕组的磁传感器。还示出了从具有电偶极子源和电场传感器的已知工具(未示出)中表示预言性数据δ_{coaxial,coplanar}(D)的线62。从图5A的结果中明确了当前公开的系统的优点，其优点在于，以百分之一的差异和已知电偶极子源和检测地层界面的电场传感器系统的距离的两倍的距离明示了地层界面的指示。此外，在图5A的示例中，所评估的距离是沿着钻孔的轴的距离，这里称之为预测未来值。

图5B所示的是具有含义与图5A的相同的横坐标66和纵坐标68的曲线图64。线70、72、74示出了与检测到的地层界面距离和信号源间距之间的比率相比的磁通量测量值和电场测量值的变化率。用于产生图5B的示例数据表示以下情况：地层界面的位置，即沿径向到工具20的轴的距离。这种方向示图在这里被称为“环视”应用。线70表示其中电偶极子源和电场传感器形成彼此共面的偶极子的工具(未示出)的示例，在该示例中，偶极子垂直于工具主体，并且偶极子方向指向远处地层。线72表示工具(未示出)的示例，其中电偶极子源和电场传感器形成彼此共面的偶极子，在本示例中，偶极子垂直于工具主体，但偶极子方向与远处地层平行。线72还表示图3A中工具31的示例，其中电偶极子源和磁通量传感器垂直于工具主体，并且与电偶极子正交。线74表示从电偶极子源和电场传感器同轴的工具(未示出)获得的预测结果。

图5C所示的是所示的是具有含义分别与图5A和5B的曲线图55、64的相同的横坐标78和纵坐标80的曲线图76。曲线图76包括线82，其表示从具有横向电偶极子源和轴向磁通量传感器的工具获得的数据。曲线图76还包括线84，其表示从已知工具(未示出)获得的数据，其中已知工具包括轴向电偶极子源、横向电场传感器、横向电偶极子源和轴向电场传感器。然而，也有其他的响应可能有助于环视检测。在均质地层中，来自轴向电偶极子源的交叉分量电场响应(即横向电场响应)和来自横向电偶极子源的轴向电场响应为零。然而，一旦坏的边界靠近工具，这些信号就会被检测到。在一个示例中，交叉分量响应的指标由以下关系定义：E_{cross–component}(D)＝E_coplanar ⁰δ_{cross–component}(D)。在均质地层中，来自轴向电偶极子源的横向磁通量响应和来自横向及平行于地层界面的电偶极子源的轴向磁通量响应为零。然而，这些响应可以从工具侧面的附近边界检测到。在实施例中，该磁通量响应的指标相对于横向磁通量被定义为：B_mag-axial(D)＝B_transverse ⁰δ_mag–axial(D)。

如图5C所示，带有磁传感器的工具在距离/L比率为5时检测到感测响应的10％变化，而电偶极子/电场传感器工具在距离/L比率为2时检测到感测响应的10％变化。因此，与使用具有电偶极子源和电场传感器的工具(线84)相比，使用具有磁传感器的工具(线82)的结果在更大的距离处提供了检测地层界面的灵敏度。此外，在图5C中，该距离在环视应用中。应注意，线84的交叉分量电场测量值以1/D³的速率衰减。

现在参考图6A，所示为带有横坐标88的曲线图86，横坐标88表示由成像工具中的传感器感测的磁场幅值的百分比变化。曲线图86的纵坐标90表示随着在源和安装在工具上的传感器之间的间隔长度，与地层界面相距的距离。曲线图86中的一系列曲线92、94、96、98、100表示相对于在目标地层(地层界面与成像工具相对的一侧上的地层)之间的电阻率与其中成像工具所在地层的电阻率的不同比率采集的预言性数据。线92表示当目标地层主要由盐构成时会出现的值。线93表示电阻率值的比率为100的示例数据，线94表示电阻率比率为20，线96表示电阻率比率为10，线98表示电阻率比率为5，并且线100示出了电阻率比率为2的示例数据。此外，在图6A中，距离在预测未来方向上，并且工具20A是图3C的。图6B包括在环视应用中表示类似于图6A的数据的曲线图102；其中工具20B是图3B的。这里，图6B的横坐标104和纵坐标106与图6A的相同。图6B的线108表示主要由盐构成的目标地层，线109表示电阻率比率100，线110表示电阻率比率20，线112表示电阻率比率10，线114表示电阻率比率5，并且线116表示电阻率比率2。

现在参照图7A，所示的是具有横坐标120和纵坐标122的曲线图118的示例，其中，横坐标120和纵坐标122中的每一个表示传感器感测到的磁场的幅值百分比的变化。然而，横坐标120的值用于一米的源和传感器之间的间距，其中纵坐标122表示2米的源和传感器之间的间距的指标增量。生成的数据产生表示预测未来数据的列线图。另外，在此示例中，线124表示在目标地层主要包括盐的情况下获得的数据。线126表示电阻率比率为100的数据，线128表示电阻率比率为20的数据，线130表示电阻率比率为10的数据，线132表示电阻率比率为5的数据，线134表示电阻率比率为2的数据。此外，线136示出了距成像工具120(图4)和地层界面54距离D₁为0米，线138表示0.5米的距离D₁，线140表示在距离D₁为约1米时获得的数据。

与图7A类似的列线图如图7B的曲线图144所示，其中曲线图144的横坐标146和横坐标148与图7A的纵坐标120和横坐标122相同。在图7B的示例中，这些线表示在环视应用的预测示例中获得的数据。更具体地说，线150表示在目标地层主要由盐构成的情况下获得的数据，线152表示电阻率比率为100的示例，线154表示电阻率比率为20，线156表示电阻率比率为10，线158表示电阻率比率为5，线160表示电阻率比率为2。此外，线162表示从传感器到地层界面52的环视距离D₂为0.5米，线164表示距离D₂为1米的数据，线166表示距离D₂为2米的数据，线168表示偏移距离D₂为3米。

现在参照图8A，以侧视局部剖视图示出了图3A的工具20A对具有基本均质特性的地层14成像的示例。这里，通过在电换能器28A中激励电极产生偶极子I_X。偶极子I_X形成的磁场线170在基本垂直于偶极子I_X的方向的平面内限定磁场172。如图所示，磁场172基本以偶极子I_X为中心。传感器40A感测到的磁场172的存在由磁通量B_Y表示。如图8A中提供的笛卡尔坐标所示，感测到的磁通量BY的方向为沿Y轴，并垂直于Z轴和X轴。

如图8B所示，工具20A已在井眼12内从其在图8A的位置移动到磁场172与地层界面52对面的目标地层50相互作用的位置。目标地层50相对于工具20A的位置导致成像的预测未来示例。这种相互作用产生感应磁场线174，而感应磁场线174继而限定感应磁场176。B_Yi表示感应磁场176，并且如图所示，其通常与由位于工具轴上的磁传感器的传感器40A感测的实际磁通量B_Y平行。感应磁场线174通常是圆形的，其中心沿井眼12的Z轴与换能器28A轴向隔开，并位于换能器28A远离传感器40A的一侧。传感器40A感测两个磁场172、176，其中，获得的增量(指标)值是由传感器40A感测的磁场172与由传感器40A感测的磁场176之差。在一个示例中，增量(指标)值表示图5A-5C中的纵坐标值。

图9A中所示的是图3A的工具20A对具有基本均质特性的一部分地层14成像的示例的平面局部剖视图。因此，磁通线170限定地层14中的磁场172，B_Z表示由传感器46A响应于磁场172感测的内容。在图9A的示例中，B_Z的大小将为零。现在参考图9B，目标地层52与井眼12的Z轴径向偏移，由此产生感应磁场176b，其磁通线174B的原点与井眼12的Z轴径向隔开。传感器位置的感应磁场具有由传感器测量的非零Z轴分量B_Yi。与图8B的示例中一样，B_Zi的感测幅值提供关于地层界面50的存在和与地层界面50相距的距离的信息。

现在参照图10A，以侧视局部剖视图示出了布置在井眼12和成像地层14中的成像工具20C的示例。换能器34C当被激励时，产生沿工具20C的Z轴取向的电偶极子I_Z。这里，由磁传感器40C感测由换能器34C产生的磁通线178。磁通线178与偶极子I_Z外接并限定磁场180，磁场180在垂直于如图10A所示的笛卡尔坐标轴的Z轴的平面上。在所示的示例中，B_Y表示传感器40C响应于磁场180所感测的内容。在图10A的示例中，B_Y的大小为零。

如图10B所示，工具20C遇到目标地层50，其中磁通线178与目标地层50相互作用，产生感应磁通线182。感应磁通线182是圆形的，并与布置在目标地层50中的并且径向地与图10B的Z轴隔开的轴(未示出)外接。传感器位置处的感应磁场具有由传感器测量的非零y轴分量B_Yi。

因此，本文所述的本发明非常适合于实现所述目标并实现所述目的和优点，以及其中固有的其它目的和优点。虽然出于公开的目的给出了本发明的当前优选实施例，但是在实现期望结果的过程的细节中存在许多变化。这些和其他类似的修改将对于本领域技术人员是容易理解的，并且旨在被包含在本文公开的本发明的精神和权利要求的范围内。

Claims

1.一种在钻孔12中的操作方法，包括：

用包括反向充电的电极(30、31)、(36、37)的电偶极子源28、34在所述钻孔12中产生电偶极子I_X、I_Z，所述电偶极子I_X、I_Z在包围所述钻孔12的地层14中形成电磁场172、180；

利用所述钻孔12中在轴向上与所述电极(30、31)、(36、37)间隔开的位置的线圈(42、44)、48感测通过所述电磁场172、180产生的磁通量B_Y、B_Z；并且

其特征在于，

基于感测磁通量B_Y、B_Z的步骤，识别从所述电偶极子源28、34至所述地层14中的地层界面52的距离和方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地层界面52在所述钻孔12的轴向上与所述电偶极子I_X间隔开。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电偶极子I_X沿着实质上垂直于所述钻孔12的轴A_Z的路径取向，其中，测量的磁通量B_Y的方向沿着实质上平行于所述钻孔12的轴取向的路径延伸。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地层界面52在所述钻孔12的径向上与所述电偶极子I_Z间隔开。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电偶极子I_Z沿着实质上平行于所述钻孔12的轴A_Z的路径取向，并且其中测量的磁通量B_Z的方向沿着取向为与所述钻孔12的A_Z轴实质上正交的路径延伸。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电偶极子I_X沿着实质上垂直于所述钻孔12的轴A_Z的路径取向，并且其中测量的磁通量B_Y的方向沿着取向为与所述钻孔12的轴A_Z以及与所述电偶极子源28的取向实质上正交的路径延伸。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征还在于，在沿着取向为与所述钻孔12的轴A_Z实质上正交的路径延伸的方向上测量磁通量B_Y。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电偶极子I_X、I_Z包括沿着实质上平行于所述钻孔12的轴A_Z的路径取向的电偶极子I_X，所述方法的特征还在于，产生沿着实质上平行于所述钻孔12的轴A_Z的路径取向的电偶极子I_Z。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量的磁通量B_Y提供沿着实质上平行于所述钻孔12的轴A_Z的路径与所述电偶极子间隔开的地层界面52的指示。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地层界面52沿着实质上垂直于所述钻孔12的轴A_Z的路径与所述电偶极子I_X、I_Z间隔开。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地层界面52沿着实质上垂直于所述钻孔12的轴A_Z的路径与所述电偶极子间隔开。

12.一种在钻孔12中的操作方法，包括：

通过在所述钻孔12中产生电偶极子I_X、I_Z，在围绕所述钻孔12的地层14中产生磁场172、180；

测量所述钻孔12中与所述电偶极子轴向间隔开的位置的磁通量B_Y、B_Z；并且

其特征在于，

基于测量磁通量B_Y、B_Z的步骤识别所述地层14中的地层界面52。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述电偶极子I_X、I_Z沿着大体上垂直于所述钻孔12的轴的路径延伸，以限定横向电偶极子I_X，并且其中被测量的磁通线170、174沿着选自由以下构成的组的路径延伸：大体上平行于所述钻孔12的轴A_Z和大体上正交于所述钻孔12的轴A_Z以及所述横向电偶极子I_X。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述电偶极子I_X、I_Z沿着大体上平行于所述钻孔12的轴的路径延伸，以限定平行电偶极子I_Z，并且其中被测量的磁通线沿着与所述钻孔12的轴A_X正交的路径延伸，并且其中所述平行电偶极子I_Z形成在具有钻头16的钻柱18中，所述方法还包括将所述钻头16导向远离所述地层界面52。

15.一种用于钻孔12中的工具，包括：

装置28、34，其用于形成在包围所述钻孔12的地层14中产生磁场172、180的电偶极子I_X、I_Z；

装置40、46，其用于感测由所述电偶极子I_X、I_Z产生的磁通量B_Y、B_X；

可置于所述钻孔12中的壳体26，其耦接至用于形成所述电偶极子I_X、I_Z的装置28、34并且耦接至用于感测所述磁通量B_Y、B_Z的装置40、46；以及

装置53，其用于在沿轴向和径向与所述壳体26间隔开的方向上识别所述地层14中的地层界面52的存在。

16.根据权利要求15所述的工具，其特征在于，用于形成电偶极子I_X、I_Z的装置28、34包括横向布置的电极30、31，其产生垂直于所述壳体26的轴A_X呈现的横向偶极子I_X，并且其中用于感测所述电偶极子I_X、I_Z产生的磁通量B_Y、B_Z的装置40、46包括同与所述壳体26的轴A_X正交地延伸的路径大体上同轴的绕组42、44。

17.根据权利要求15所述的工具，其特征在于，用于形成电偶极子I_X、I_Z的装置28、34包括产生垂直于所述壳体26的轴A_X呈现的偶极子I_X的横向布置的电极30、31，其中用于感测所述电偶极子I_X产生的磁通量B_Y、B_Z的装置40、46包括与所述壳体26的轴A_X大体上同轴的绕组48。

18.根据权利要求15所述的工具，其特征在于，用于形成电偶极子I_X、I_Z的装置28、34包括产生大体上平行于所述壳体26的轴A_X呈现的偶极子I_Z的轴向间隔开的环形电极36、37，并且其中用于感测所述电偶极子I_X、I_Z产生的磁通量B_Y、B_Z的装置40、46包括同与所述壳体26的轴A_X正交地延伸的路径大体上同轴的绕组42、44。

19.根据权利要求15所述的工具，其中，用于形成电偶极子I_X、I_Z的装置28、34包括产生垂直于所述壳体26的轴A_X呈现的偶极子I_X的横向布置的电极30、31，并且其中用于感测通过所述电偶极子I_X、I_Z产生的磁通量B_Y、B_Z的装置40、46包括同与所述壳体26的轴A_X正交地延伸的路径大体上同轴的绕组42、44以及与所述壳体26的轴A_X大体上同轴的绕组48。

20.根据权利要求15所述的工具，其中，用于形成电偶极子I_X、I_Z的装置28、34包括横向布置的电极30、31和轴向间隔开的环形电极36、37，所述横向布置的电极30、31垂直于所述壳体26的轴A_X呈现，所述轴向间隔开的环形电极36、37产生大体上平行于所述壳体26的轴A_X呈现的偶极子I_Z，并且其中用于感测通过所述电偶极子I_X、I_Z产生的磁通量B_Y、B_Z的装置40、46包括同与所述壳体26的轴A_X正交地延伸的路径大体上同轴的绕组42、44。